机床PLC数据采集及条码识别打印网络集成方案

本文为东土电信技术有限公司基于机床PLC数据采集及条码识别打印网络集成的解决方案。

工程简介
机床PLC数据采集及条码识别打印网络集成工程，客户有3000余套机床，机床的自动控制主要通过PLC实现，每台机床的控制分别由单个的PLC控制。PLC使用产品有KOYO公司的SN32DRB、SM16/24，B&R公司的PLC，SIEMENS公司的S7-300（PROFIBUS）等。主要为KOYO公司的SN32DRB、SM16/24。SN32DRB、SM16/24都有RSC232和RS485接口，RS232接口接文本显示器MD-02L。公司已布好有管理以太网网络。

客户需求
客户需要将这3000余套机床的PLC中某些寄存器中数据（数据包含机床号，生产人员工号，生产日期，产品的长度等。）读出并定期生成报表提送到某几个管理部门，便于日常生产的管理。第一套工序中机床生产完产品后打印条形码（条形码数据包含机床号，生产人员工号，生产日期，产品的长度，产品的弹性度等。），并将信息读入产品管理系统。下一套工序机床用条形码识别器读出上个工序的条形码数据，并综合打印出这套工序产品的条形码。最后的产品条形码作为完整的产品条形码数据进入产品管理系统中。

网络特点
从传输距离和覆盖范围来看，该通信网络应属于工业级厂区生产控制网络。主要功能包括：信号采集、自动控制、信息管理等基本生产业务。以数据业务为主，而该通信网络所支持的业务则包括实时图像、监控数据及IP数据等，是一个全业务的网络。

从以上两点来看，该网络更接近于城域网。根据IEEE802局域网标准委员会的最初定义，城域网（MAN）是以光纤为通信媒体，能提供高速率（大于45Mbit/s），支持数据、话音和图形的综合业务传输，在跨度为50km—150km的城市覆盖范围内实现高速/宽带传输的数据通信网络。可以看出，机床PLC数据采集及条码识别打印网络通信网仅在覆盖范围上小于城域网。由于工程的特点决定了其通信系统适宜采用自建光缆的形式组建专用网络，因而，在厂区内的网络可以用双绞线组成冗余度较高的环型网络。

因此，可以将该通信网看作是一个厂区网络，以承载数据业务为主，但又对业务的实时性有较高要求的专用多业务区域网络。

网络结构
机床PLC数据采集及条码识别打印网络作为多种业务的传输与交换平台，承担着数据采集、自动控制及其它数据业务信号的汇接和传输任务。从拓扑结构上，整个网路是环型结构互连的准星型网络结构，如图所示。其中，控制中心是由七台KIEN6000-2S组成的冗余环网，作为网络的核心层；分别采用单模光缆与七个厂区各骨干节点相连接；使用双光纤备份链路，每个厂区都有一个KIEN 6000-2S和16个KIEN 1000–8TX组成的100M/S冗余工业环网，使用双绞线连接成环网。

网络优势分析
以太网的方案是基于二层交换传输方案。采用以太网作为交换传输和接入平台的优势十分明显。其一是巨大的网络基础和长期的经验知识，以及目前所有流行的操作系统和应用也都与以太网兼容；其二，以太网性能价格比好，初始成本和运营成本均较低；另外，以太网的扩展性好，容易安装开通，并且可靠性较高。以太网接入采用异步工作方式，很适合于处理IP突发数据流。目前以太网从共享媒质转向全双工LAN交换后，在相当程度上实现了计算机间的信息隔离，消除了链路带宽的竞争和潜在的碰撞机会，同时使以太网的传输距离也大大地得到扩展。

近来，以太网已逐渐向城域网甚至广域网扩展。从技术上看，以太网是一种很简单的解决方案，只需要最少量的规划、设计和测试工作，应用多年，为用户所熟悉，业务指配时间可以减少到几个小时或几天；其次，以太网是标准技术，互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。有人预测，在城域网和广域网上，以太网成本可能SDH和ATM的25%和10%；最后，以太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体接口，避免了重新布线的成本。从结构上看，以太网正以前所未有的端到端解决方案面目出现，消去了其他解决方案所必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。同时，以太网是具有很好扩展性的解决方案，其速率可以从10Mbits/s、100Mbits/s、1Gbits/s一直扩展到10Gbit/s。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，因此，网络管理可以大大简化。

方案
综上所述，我们选用东土电信公司的两层交换工业以太网交换机KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX，组成环型网络与星型相结合。

根据光缆的铺设情况，此种网络结构为星状网络结构。在每个厂区MOUDBUS转以太网模块、CCM协议或无协议通讯转以太网模块分别接到厂区内的工业冗余环网上，相关的控制计算机、控制器等分别连接到冗余环网上。工厂内部的冗余环网是由KIEN6000-2S和KIEN 1000-8TX连接组成，使用KIEN6000-2S的1#、2# RJ45口与KIEN 1000-8TX的4#、8#口连接成一个双绞线冗余环网，切换时间为300MS，然后通过KIEN6000-2S的两个光口以冗余的方式与控制中心的一台KIEN 6000-2S相连，控制中心采用七台KIEN 6000-2S形成的冗余环网，他们之间也是用双绞线连接成环，使用KIEN 6000-2S的1#、2#口即可。每个KIEN6000-2S的两对光纤口分别用来连接七个厂区环网，在局端监控中心到每个监控点之间单根纤断裂时，可自动切换到备用通道实现业务的不间断传输。双电源的冗余备份、光口/电口自动故障保报警都显示了在工业场合上其他交换机所不能达到的强大网络优势。使用强大网络管理功能对整个网络系统进行管理。